Studie zu den Risiken und Chancen der Nanotechnologie für die Trinkwasseraufbereitung< zurück

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Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhrchen

Die Nanotechnologie gilt als bedeutende Zukunftstechnologie. Schon heute sind synthetisch hergestellte Nanopartikel (ENP, engineered nano particles) in einer Vielzahl von Produkten zu finden. Je nach Anwendungsgebiet kommt es zu einer Freisetzung der ENP und entsprechend zu einem Eintrag in die Umwelt. Speziell in Kosmetika, Wasch- und Reinigungsmitteln, Sonnen­cremes, Fassadenanstrichen und Textilien eingesetzte ENP werden nach ihrer Freisetzung diffus oder über Kläranlagen in die aquatische Umwelt eingetragen. Bei der Abwasserreinigung werden deutlich über 90 % der eingetragenen ENP zurückgehalten. In Fließgewässern findet eine Ausschleusung der ENP aus dem Wasser mittels Sedimentation statt, wodurch es zu einer Anreicherung in der Bodenzone kommen kann. Das Sedimentations­verhalten ist abhängig von der Partikelgröße und somit von der Agglomeration der ENP miteinander oder mit anderen Kolloiden. Das Agglomerations­verhalten ist allgemein sowohl abhängig von den Oberflächeneigenschaften der Partikel als auch von der Wasser­beschaffen­heit. ENP werden während der Produktion zum Teil mit unterschiedlichsten, funktionellen Gruppen modifiziert, wodurch speziell eine Stabilisation gegenüber Agglomeration und somit gegenüber Sedimentation erzielt werden kann. Des Weiteren können biologische Prozesse die Oberflächenzusammensetzung der NP verändern und somit ebenfalls das Agglomerations- und Sedimentationsverhalten beeinflussen. Über Stoffströme einzelner ENP modellierte Gewässerkonzentrationen liefern geringe Konzentrationen im ng/L-Bereich bzw. darunter, wobei erhebliche Entfernungsraten der ENP sowohl durch Sedimentationsvorgänge als auch durch die Abwasserbehandlung angenommen wurden. Die höchsten Konzentrationen sind demnach für Nano-TiO2 und Nano-ZnO zu erwarten. Natürlich vorkommende Nanopartikel wie beispielsweise Silikate, Huminstoffe oder Zellreste liegen dem gegenüber in deutlich höheren Konzentrationen vor. Durch steigende Produktionsmengen ist zukünftig jedoch von einem Anstieg der Konzentrationen von ENP auszugehen. Die Analytik wird bei der Detektion und der Charakterisierung von nanopartikulären Suspensionen vor große Herausforderungen gestellt. Die Detektion von synthetisch hergestellten Nanopartikel in realen Wassermatrizes mit einer großen Hintergrundkonzentration an natürlichen Nanopartikel befindet sich noch in der Entwicklung. Bei Untersuchungen von Oberflächengewässern konnten in der Regel keine ENP nachgewiesen werden, wobei die Bestimmungsgrenzen der verwendeten Analysemethoden jedoch oberhalb der modellierten Konzentrationen lagen. In einem Fluss konnten hingegen zeitweise deutlich erhöhte Konzentrationen gemessen werden als durch Stoffstromanalysen berechnet wurden. Diese erhöhten Konzentrationen traten ausschließlich zu Zeiten starken Regens auf, die auf ein Resuspendieren von in der Flussbodenzone sedimentierten Nanopartikeln hindeuten. Künstliche Nanopartikel weisen teilweise desinfizierende, katalytische oder adsorptive Eigenschaften auf, wodurch sie zukünftig vorteilhaft in einzelnen Verfahren zur Trinkwasser­aufbereitung eingesetzt werden können. Aktuell werden zahlreiche Forschungsvorhaben zur Entwicklung von auf Nanopartikel basierenden Technologien durchgeführt. Praxisreife hat noch keine dieser Technologien erlangt.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Marcel Riegel

Tel.: +49(0)721/9678-132
Fax: +49(0)721/9678-109
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Förderung

DVGW - Deutscher Verein des Gas- und Wasserfachs

Förderkennzeichen: W 1/03/09

Projektdauer

2010 - 2011